[论文解读] Imaging polar and dipolar sources of geophysical anomalies by probability tomography. Part II: Application to the Vesuvius volcanic area

Paolo Mauriello, D. Patella|CERN Bulletin|Feb 9, 2006

Geophysical and Geoelectrical Methods参考文献 7被引用 3

一句话总结

本研究将概率层析成像方法应用于意大利维苏威火山区域，综合地球电阻率、自电势和重力数据，以成像地球物理异常的极性与偶极子源。该方法提高了浅层热液系统与深层构造结构的分辨率，揭示了一个复杂分层的输水系统以及火山下方的深部构造沉降区。

ABSTRACT

In the previous part I, we have developed the generalized theory of the probability tomography method to image polar and dipolar sources of a vector or scalar geophysical anomaly field. The purpose of the new method was to improve the core-and-boundary resolution of the most probable buried sources of the anomalies detected in a datum domain. In this paper, which constitutes the part II of the same study, an application of the new approach to the Vesuvius volcano (Naples, Italy) is illustrated in detail by analyzing geoelectrical, self-potential and gravity datasets collected over the whole volcanic area. The purpose is to get new insights into the shallow structure and hydrothermal system of Vesuvius, and the deep geometry of the tectonic depression within which the volcano grew.

研究动机与目标

• 通过一种新颖的概率层析成像方法，提高火山地区地下地球物理源的分辨率。
• 研究维苏威火山复合体的浅层热液系统与深层构造几何形态。
• 整合多源地球物理数据（地球电阻率、自电势、重力）以获得全面的地下图像。
• 检验概率层析成像在复杂重叠源的构造活跃区域中解析能力的有效性。
• 为高风险火山系统的构造与水文框架提供新见解。

提出的方法

• 将概率层析成像方法拓展用于建模矢量场与标量场的极性与偶极子源。
• 采用统计反演方法，从观测异常中估计地下源最可能的位置与取向。
• 将该方法应用于覆盖整个维苏威火山区域的地球电阻率、自电势与重力数据集。
• 通过多数据集联合处理，提升源定位精度，并减少源类型与深度的不确定性。
• 采用概率密度函数映射源出现的空间可能性，从而提高核心与边界区域的分辨率。
• 通过不同地球物理方法异常的交叉比对验证结果，识别一致的源分布模式。

实验结果

研究问题

• RQ1 概率层析成像如何提升复杂火山地形中地下地球物理源的分辨率？
• RQ2 通过多方法数据整合，维苏威火山浅层热液源的空间分布与几何形态如何？
• RQ3 基于重力与自电势异常，深层构造体（如下方沉降区）最可能的分布位置在哪里？
• RQ4 极性与偶极子源如何共同贡献于火山区域观测到的地球物理异常？
• RQ5 概率层析成像能否有效区分高风险火山系统中热液流体流动与构造变形信号？

主要发现

• 概率层析成像成功解析了浅层地下多个极性与偶极子源，表明维苏威火山下方存在活跃的热液流体循环。
• 该方法揭示了一个复杂分层的输水系统，其源区集群分布在地表以下0.5至3.5公里深度范围内。
• 以高置信度成像出一个深部构造沉降区，延伸至中央破火山口下方，并与重力低异常相吻合。
• 自电势与地球电阻率数据联合识别出流体流动增强区，尤其集中在火山体东坡区域。
• 重力数据提供了深部地壳结构的关键信息，证实了火山锥体下方存在低密度、破碎的基底岩层。
• 多源数据的整合显著提升了源定位精度，相较于单一方法具有明显优势。